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有关免疫调节的深入解读与释疑

[日期:2013-09-21]   来源:黑鱼的博客  作者:曹祥华   阅读:328[字体: ]

免疫学知识对于高中生物学来说既是重点又是难点,人教版普通高中课程标准实验教科书生物必修三关于这一节的描述较为笼统和抽象。这给学生的学习和教师的教学都带来了很大的困难,在实际操作过程中我们比较容易从教材某些片段中断章取义,容易出现知识性的错误。安徽省中小学教师远程培训(http://sp.ahtvu.ah.cn/)学科论坛“集中答疑区”关于免疫调节方面的疑问帖子出现的频率是最高的。为了解决这一问题,本文就特异性免疫的过程对教材进行深入解读,以及针对大家在平时教学和学习中容易出现的疑问和误区进行分析。

1. T细胞介导的细胞免疫应答

1.1 T细胞对抗原的识别与活化

初始T细胞,也称作未致敏T细胞,在胸腺中发育成熟迁移至外周淋巴组织中(如脾脏、淋巴结)。其未接触抗原刺激前处于相对静止状态,在胸腺中发育的一类带有CD4、CD8、TCR/CD3、CD28等表面分化抗原分子的T细胞。

抗原经APC细胞(主要包括:吞噬细胞、树突状细胞等)内吞、加工处理以后被分解成为抗原肽,抗原肽停留在胞浆中,与APC细胞自身合成的MHCI类或II类分子形成复合物经高尔基体运输到细胞膜表面,MHC—肽复合物与T细胞表面的TCR/CD3 、CD4、CD8分子结合成为T细胞对抗原识别的第一信号。T细胞的活化需要双信号的协同刺激,第二信号是APC细胞膜表面的B7因子与T细胞表面CD28分子结合。如果缺乏B7因子的辅助T细胞是不能被活化的,如肿瘤细胞虽然也能表达出肿瘤抗原,并且能够与MHCI类分子结合形成复合物,形成稳定的第一信号,但有些肿瘤细胞不合成B7类因子无法使T细胞活化而逃避机体对其免疫杀伤。

1.2 T细胞的增殖与分化

在双信号的刺激下使T细胞内某些转录因子被活化,启动了相关基因的表达。如果MHCII类分子和抗原肽的复合物与CD4+Th细胞表面的CD4分子结合,则促使T细胞分化形成CD4细胞;MHCI类分子和抗原肽的复合物能够与CD8+Th细胞表面的CD8分子结合形成CD8细胞。

CD4细胞分为T辅助细胞Th(主要又分Th1,Th2等)和调节性T细胞(有免疫抑制作用)。CD8细胞主要成为CTL即细胞毒性T细胞。以上分类中,Th细胞能够分泌多种淋巴因子辅助体液免疫和细胞免疫,Th1辅助细胞免疫,可以协同激活细胞毒性T细胞,主要针对胞内菌和病毒,与迟发型超敏反应有关;Th2介导体液免疫,主要激活B细胞,针对胞外菌和寄生虫,与过敏反应有关。

1.3 T细胞介导的细胞免疫的效应阶段

作用机制主要包括两个方面:(1)CTL细胞的直接杀伤作用。当CTL细胞与带有相应抗原的靶细胞再次接触时,两者发生特异性结合,产生刺激作用,CTL细胞释放出穿孔素和颗粒酶,在靶细胞的细胞膜上打出孔洞,使靶细胞膜结构完整性消失通透性发生改变,引起靶细胞内渗透压改变,靶细胞肿胀、裂解以致死亡。CTL细胞在杀伤靶细胞过程中,本身未受伤害,可重新攻击其他靶细胞。(2)与分泌的淋巴因子相互配合、协同杀伤靶细胞。如皮肤反应因子可使血管通透性增高,使吞噬细胞易于从血管内变形游出;巨噬细胞趋化因子可吸引相应的免疫细胞向抗原所在部位集中,以利于对抗原进行吞噬、杀伤、清除等。由于各种淋巴因子的协同作用,扩大了免疫效果,达到清除抗原异物的目的。

2. B细胞介导的体液免疫应答

2.1 体液免疫中抗原的种类

根据机体免疫细胞对抗原的识别机制不同,可以把抗原分为两大类:

(1)胸腺非依赖性抗原:在刺激B细胞产生抗体时不需要T细胞辅助,称为TI-Ag。此类抗原只含有B细胞抗原决定基,只活化未成熟B细胞,诱导产生抗体仅为IgM类。TI-Ag一般只引起体液免疫应答,不引起细胞免疫应答和记忆应答。如细菌的脂多糖、荚膜多糖及聚合鞭毛素等少数抗原属于此类抗原。

(2)胸腺依赖性抗原:指需在吞噬细胞参与及T细胞辅助下,才能刺激B细胞产生抗体的抗原性物质,称为TD-Ag。如细胞、病毒及各种蛋白质均为TD抗原。TD-Ag活化成熟的B细胞,诱导产生lgG类抗体,能引起记忆应答。同时也可以诱导细胞免疫应答。先天性胸腺缺陷和后天性T细胞功能缺陷的个体,TD-Ag诱导其产生抗体的能力明显下降。

2.2 B细胞对TD抗原的免疫应答

2.2.1 抗原的递呈、识别及Th、B细胞的活化

一般情况下,当大量抗原进入未经免疫的机体诱发初次免疫应答时,多由APC细胞负责摄取、处理抗原,生成抗原肽和MHCⅡ类分子复合物,将抗原递呈给CD4+ Th细胞。使CD4+Th细胞激活生成Th2。

当再次免疫应答发生时,B细胞对抗原的摄取与以上方式有所不同。B细胞通过表面抗原受体与TD抗原分子上相应的B细胞决定簇特异性结合而将抗原摄入胞内,然后通过与APC细胞对外源性抗原类似的加工处理方式,使抗原降解成抗原肽。抗原肽与MHCⅡ分子结合,形成复合物到达B细胞表面,可被CD4+Th细胞识别而被激活生成Th2。

活化后的Th2细胞表达出能与B细胞发生特异性结合的配体CD40L。

B细胞的激活:B细胞是抗原递呈细胞,同时也是体液免疫应答的效应细胞。当B细胞表面的抗原受体BCR接受来自于抗原的刺激时,即可获得B细胞活化的第一信号。进而B细胞表面受体CD40与Th2细胞表面相应配体CD40L结合,相互作用产生协调刺激信号,即B细胞活化的第二信号。Th2细胞产生多种淋巴因子,为活化B细胞进一步增殖分化准备了必要的物质条件,并影响抗体的分泌、Ig类别转换、亲和力成熟和记忆B细胞的产生等。

2.2.2 B细胞的增殖与分化

活化的B细胞通过与多种淋巴因子结合后可进一步增殖分化为浆细胞,浆细胞是B细胞的终末细胞,具有合成抗体的功能。活化的B细胞在不同淋巴因子作用下,可激发形成不同种类的浆细胞。

在B细胞的分化阶段,有部分B细胞停止增殖分化,成为记忆性B细胞,当再次接触相同抗原时,由于记忆性B细胞带有高亲和性受体,对抗原亲和力大,故能迅速活化、增殖、分化为浆细胞、合成分泌抗体。

2.2.3 B细胞介导的体液免疫的效应阶段

浆细胞分泌的抗体是特异性体液免疫应答的效应分子,在体内可发挥多种免疫功能,如:体内针对细菌毒素的抗体与相应毒素结合后,可改变毒素分子的构型而使其失去毒性作用,而毒素与抗体复合物也易于被吞噬细胞所吞噬;针对病毒的抗体与相应病毒结合可阻止病毒与靶细胞结合,从而发挥抗体的免疫保护作用;形成细菌-抗体复合物,或激活补体形成细菌-抗体-补体复合物,并与吞噬细胞表面的受体结合,从而促进吞噬细胞对病原菌的吞噬作用;或通过形成膜攻击复合物而使病原体溶解死亡,即免疫溶解作用等。

2.3 B细胞对TI抗原的免疫应答

TI抗原可直接激活未致敏B细胞产生抗体,而无需抗原特异性T细胞的辅助。目前认为对TI抗原产生免疫应答的细胞为B1细胞,这种B1细胞只表现初次应答的特性,而不表现再次应答的一系列变化。TI抗原可根据分子构型的不同分为两型,即TI-1(如细菌脂多糖和聚合鞭毛素等)和TI-2(如肺炎球菌荚膜多糖和D-氨基酸聚合物等),它们可以通过不同的机制激活B活胞。

B细胞对TI-2抗原的应答具有重要的生理意义。多数胞外菌含胞壁多糖成分,能使细菌抵抗吞噬细胞的直接吞噬和杀伤作用。而TI-2抗原可直接激活B细胞,在无需抗原特异性T细胞辅助的情况下迅速产生抗荚膜多糖抗体,通过该抗体的调理作用,从而促进吞噬细胞对细菌的吞噬和杀伤作用。

3. 对教材中存疑知识点的解释

3.1 教材中提到的“大多数病原体经过吞噬细胞等的提取和处理,暴露出这种病原体所特有的抗原,少数抗原直接刺激B细胞”其中“大多数抗原”和“少数抗原”的含义。

关于“大多数和少数抗原”,在平时教师教学和同学们理解的过程中,存在两种观点。第一种观点认为“大多数和少数”是不同抗原中的大多数种类和少数种类。大多数抗原是指胸腺依赖性抗原,其识别过程需要APC细胞内吞、处理和递呈变成Th细胞能够识别的抗原肽;少数抗原是指胸腺非依赖性抗原,不依赖于APC细胞和Th细胞,能够直接刺激B细胞表面的抗原受体使其激活,这是对教材中提到的“少数抗原”“直接刺激”的直观理解。第二种观点认为大多数和少数是指某种抗原的大多数和少数,这是从B细胞的活化需要双信号刺激的角度去考虑的。第一信号是抗原直接刺激B细胞表面的抗原受体,第二信号是Th2提供的活化信号。

这两种观点笔者更倾向于第二种观点,我们可以在教材中体液免疫示意图中找到答案,胸腺非依赖性抗原虽然能直接刺激B细胞引起免疫应答,但不会引起记忆应答。如果少数抗原的直接刺激指的是来自于TI抗原的直接刺激,从而导致的B细胞活化,则图示中B细胞分化成记忆细胞的途径是不成立的。所以少数抗原指的是少数位于病原体表面的抗原决定簇,直接刺激B细胞表面的抗原受体,而大多数抗原隐藏在病原体的内部,需要吞噬细胞处理分解成为抗原肽才能被识别。

3.2 体液免疫中T细胞是否呈递抗原给B细胞?

教材中体液免疫示意图中容易让教师和同学理解上产生误区的地方就是T细胞表面的抗原呈递给B细胞。在示意图中编者用红点表示抗原,貌似B细胞上的红点来自于T细胞,其实不然,我们从B细胞活化途径去考虑,B细胞活化过程中,首先是Th细胞的活化成Th2,Th2细胞生成的的配体CD40L再与B细胞表面的受体CD40结合(第二信号),在Th2分泌的淋巴因子的协同作用下B细胞被活化。所以图示中B细胞表面的抗原(红点)应该是来自于抗原与B细胞表面的抗原受体BCR的直接结合(第一信号)。B细胞活化需要双信号刺激缺一不可。我们可以说T细胞给B细胞提供了活化信号,但没有直接呈递抗原。为了避免使同学们在理解的过程中产生误区,建议老师们在教学中可以引入“双信号刺激”的概念。

3.3 淋巴因子的种类,是由什么细胞分泌的?

在以往高中阶段的教师和同学们普遍认为:淋巴因子是由效应T细胞(CTL)分泌的,增强CTL对靶细胞的杀伤力。但新教材中又提出了T细胞分泌的淋巴因子促使B细胞增殖分化。其实淋巴因子的种类繁多,主要分为多种白细胞介素和干扰素。教材中提到的“T细胞分泌的淋巴因子”主要是由Th2分泌的各种白细胞介素用于辅助体液免疫的。效应T细胞(CTL)分泌的淋巴因子主要是细胞毒性因子和细胞溶素(穿孔素)。另外,Th1分泌的各种淋巴因子用于辅助细胞免疫;干扰素能够促进抗体的生成、对肿瘤细胞的杀伤和抑制病毒感染等等。总而言之,巨噬细胞、天然杀伤细胞(NK)、活化的B、T细胞,效应T细胞等都具有分泌淋巴因子的功能。


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